基于动网格和UDF技术的假底流场特性分析

可升降假底作为海洋工程水池重要组成部分,其主要作用是模拟海底平面,根据实验要求模拟不同海况下的海底深度。为研究可升降假底上升过程中的流场特性,采用动网格技术对假底在静水中上升过程中的流场进行计算,结果表明:应用动网格技术以及用户自定义函数(UDF)程序成功实现了假底在水池中上升时的运动状态。假底在水池中上升经历加速-匀速的过程,在上升的过程中,会挤压流体,流体进入假底与水池壁面之间缝隙时流速明显变快,流场发生剧烈变化,进而使得假底上方湍流强度增加。为海洋工程水池假底的设计、优化以及假底系统的模型试验工作提供参考依据。

基于动网格与UDF技术的流量开关仿真设计

为解决非稳定流排水过程流量信息不能准确预报的问题,设计了一种干簧管流量开关。基于数值仿真软件Fluent提供的计算方法和物理模型,利用动网格和UDF技术(用户自定义函数),采用全面试验方法,研究了流量开关阀瓣在不同含气率条件下的运动特性。仿真结果表明,流量开关阀瓣在高含气率、小流速条件下保持在起始位置振荡,在低含气率、大流速能保持较高的平衡位置。试验结果与仿真结果趋于一致,验证了数值模型的可靠性,流量开关对非稳定流的高含气率排水状态具有很好的鲁棒性,解决了排水初始状态和结束状态流量信息的误报问题,对海洋机器人排水自动化具有重要意义。

利用动网格技术模拟动脉粥样硬化发展过程

目的通过在FLUENT计算流体动力学分析软件中调用自主开发的用户自定义函数(user defined function,UDF)动网格程序,实现网格节点根据壁面切应力(wall shear stress,WSS)判据进行移动更新,并将此方法应用于模拟动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)的发展过程中。方法二次开发的UDF程序能够在计算过程中提取壁面各节点处WSS结果,若满足阈值判据条件则进行移动调整。采用弹性光顺与局部重构相结合的网格再生方法调控网格模型的更新,保证变形过程中的网格质量。结果 UDF程序成功提取出WSS并调整网格进行相应变形。初始狭窄造成的尾部涡流导致血管壁出现近端局部扩张,远端再狭窄的形貌特征,临床血管造影存在相似形貌。结论自主开发的UDF程序达到了预期效果,勾勒出了WSS影响下AS的形貌特征。在今后研究中可以考虑在动网格的变形控制方面添加更多影响因素,为AS临床预后及风险评测提供数值依据。

核电主蒸汽阀站中电磁先导阀的动态响应仿真研究

针对核电主蒸汽阀站中关键部件之一——大气释放阀前置隔离阀在实际工况中常出现响应超时的问题,采用数值仿真软件Fluent中的动网格以及用户自定义函数技术,对控制其启闭过程的电磁先导阀动态响应过程进行了研究。首先,研究了电磁先导阀中先导结构的动态响应过程以及阀杆的受力情况;然后,研究了电磁先导阀中主阀的动态响应过程以及主阀泄压时阀内的压力和速度分布情况;最后,综合两个动态过程,分析了电磁先导阀整阀的运动时间。研究结果表明,电磁先导阀的运动时间为8.5 ms,其中先导结构的运动时间占比较小,85%的时间集中在电磁先导阀主阀动作过程。该研究结果可对前置隔离阀响应时间的优化提供参考。

基于Fluent软件动网格法的瓦斯继电器内部流场模拟

鉴于瓦斯继电器误动故障频发,重瓦斯整定值的确定无相关理论支撑,且标准陈旧,针对某国产瓦斯继电器,应用Fluent软件中用户自定义函数(UDF)搭建了一个基于动网格法的计算平台,模拟了试验台无法提供的极端工况下重瓦斯报警过程,以得到继电器内流场细节。研究为整定值标准的制定提供了参考。

轴流式止回阀动态特性

基于Fluent软件提供的计算方法和物理模型,利用动网格及用户自定义函数技术对轴流式止回阀的阀瓣运动过程进行动态数值模拟.通过动网格较好地解决了因阀瓣运动而导致的计算区域瞬时变化的问题.利用CFD软件Fluent,采用非结构化网格,标准k-ε湍流模型,模拟了阀瓣关闭的动态过程中,止回阀内压力场和速度场的瞬态变化过程,计算出动态特性曲线,并进行了相应的试验验证.结果表明:运用动网格技术能较好地模拟止回阀内部压力和速度的动态变化,试验结果与数值计算结果趋于一致,验证了数值模拟的可靠性.通过数值模拟不同公称直径和外力下止回阀内的压力场和速度场的瞬态变化,计算出对应的动态特性曲线,并总结了止回阀的公称直径和外力对其动态特性的影响结果,对工程设计与管理具有指导作用.

宽高比为4的矩形断面涡激振动响应数值模拟

采用二维雷诺平均(RANS)SST k-ω湍流模型求解不可压缩粘性流体N-S方程,并将Newmark-β法代码嵌入Fluent UDF(用户自定义函数)中以求解结构振动响应,结合动网格技术对宽高比为4的矩形断面涡激振动响应进行了数值模拟。研究结果显示:宽高比为4的矩形断面涡激振动"锁定"区间以及涡激振动响应振幅的数值模拟结果与已有文献风洞试验结果吻合较好;表明采用该方法进行具有分离、再附现象的钝体断面涡激振动是可行的。

对冲式止回阀低流量关闭过程动态特性分析

为减小动力装置止回阀切换时的水击和阀头与阀座的撞击,提出了阀头与流体运动方向互逆的对冲式止回阀。将FLUENT的动网格技术引入到止回阀内部流场的模拟中,解决了阀门关闭时内部流场区域瞬时变化的问题。由牛顿运动第二定律的欧拉显式格式得出了阀门在关闭过程中的流量变化,阀头、阀座的受力变化和速度变化,通过以上参量判断阀头、阀座的工作状态,最后通过实验来验证理论分析的结果。模拟结果与实验表明,动网格技术能够较好地模拟阀门内部流场的变化,对冲式止回阀能够可靠地在小流量情况下关闭。

圆盘浇铸机动态浇铸过程数值模拟

基于圆盘浇铸过程浇铸工具(中间包和浇铸包)的最优定量浇铸曲线的获取是决定浇铸质量的关键,而定量浇铸现场环境十分恶劣,无法通过现场反复实验来获得浇铸工具的最优定量浇铸曲线,应用Fluent软件对圆盘浇铸机的动态浇铸过程进行数值模拟,建立定量浇铸过程的数值仿真模型,编制UDF(用户自定义函数)设置浇铸工具的运动曲线,应用动网格模拟浇铸工具的刚体运动过程,并对浇铸过程进行气-液两相速度场计算。研究结果表明:数值仿真模型准确可靠;所获取的圆盘浇铸过程最优定量浇铸曲线直观地反映了中间包和浇铸包内铜液的速度场、气-液两相变化和浇铸工具刚体的运动,从而可对工业现场浇铸工具最优定量浇铸曲线的设置以及参数的优化提供参考。

圆盘浇铸机浇铸包动态浇铸过程数值模拟

立足于圆盘浇铸机浇铸包定量浇铸过程面临的实际问题,通过使用Fluent软件对浇铸包的浇铸过程进行CFD(计算流体力学)三维数值仿真模拟。通过编制UDF(用户自定义函数)来设置浇铸包的运动曲线,使用动网格技术来实现浇铸包浇铸的动态过程,得到满足实际生产需求的浇铸包工作曲线。研究结果表明,数值仿真模型基本准确可靠;基于Fluent软件来研究浇铸包浇铸气液两相流动过程是完全可行的,可以直观地了解浇铸包内速度场、气—液两相变化和浇铸包刚体运动过程,从而对浇铸包定量浇铸过程刚体运动曲线的设置以及参数的优化提供技术指导。

扑翼非定常运动对平尾影响及俯仰力矩特性研究

为了研究微型扑翼飞行器尾流对其平尾设计、飞行器稳定性以及飞行控制的影响,选取微型扑翼飞行器ASN-211为原模型,采用将其简化为二维的前后串列翼模型进行具体计算和分析。首先以Fluent动网格技术为背景,在用户自定义函数控制扑翼的非定常运动条件下进行不可压、非定常二维流动的计算,并研究在扑翼非定常运动条件下的模型的俯仰力矩特性。然后通过计算不同来流攻角、扑翼扑动频率、扑翼与平尾间距以及不同力矩中心下扑翼、平尾及总的力矩系数,讨论各个参数对力矩特性的影响。最后得出不同的扑翼扑动频率以及扑翼与平尾间距将会对平尾与扑翼的俯仰力矩间的相位差产生影响,所得结论为扑翼飞机的重心布置设计提供参考。

基于计算流体仿真的双作用叶片泵气蚀机理分析

双作用叶片泵在高转速工况下,其高压油液出口三角槽附近易发生空化现象,严重时会发生气蚀,破坏配流盘表面,带来尖锐的噪声并缩短叶片泵的使用寿命。本文针对双作用叶片泵的空化气蚀现象,利用计算流体力学仿真分析,对双作用叶片泵流场进行建模分析。引入动网格技术并通过用户自定义函数对叶片绕定子转动的运动规律进行约束,实现对双作用叶片泵流场动态特性的分析。在不同转速和压力条件下,计算分析双作用叶片泵流场的压力分布及速度矢量分布,得出配流盘发生气蚀的原因是配流副间隙内局部低压流场的存在,其发生位置在配流盘高压出口容腔三角槽前方,与实际试验具有一致性。